Nr 33 INŻYNIERIA ŚRODOWISKA 2014
JAROSŁAW KASZUBKIEWICZ, EWA PORA, MATEUSZ CUSKE, ELŻBIETA MUSZTYFAGA* PRZEBIEG ZMIAN ZASOLENIA W GLEBACH ZALANYCH
WODAMI NADOSADOWYMI ZE ZBIORNIKA ODPADÓW POFLOTACYJNYCH ŻELAZNY MOST
S t r e s z c z e n i e
W pracy przedstawiono wyniki badań nad zasoleniem gleb zalanych wo- dami nadosadowymi w wyniku awarii podziemnego rurociągu pomiędzy miejscowościami Żuków i Bieńków. W wyniku zalania nastąpił wzrost za- solenia gleb. W celu określenia postępu odsalania badania przeprowa- dzono powtórnie rok po awarii.
Słowa kluczowe: zasolenie gleb, wody nadosadowe
WSTĘP
Zasolenie i odsalanie gruntów to złożone procesy, które mogą mieć charak- ter antropogeniczny lub naturalny [Zhou i in. 2012]. Aby ocenić tempo proce- sów zasolenia lub odsalania, a także zmian właściwości gleby należy prowadzić monitoring gleb w czasie [Herrero, Pe’rez-Coveta 2005]. Zasolenie występujące w glebie lub wodzie, jest jednym z najpoważniejszych czynników środowisko- wych ograniczających wydajność upraw rolnych [Shamim, Akae 2009]. Ogólne działanie zasolenia na rośliny objawia się zmniejszeniem szybkości wzrostu oraz ilości i wielkości liści [Shannon, Grieve 1999].
Problem zasolenia środowiska glebowego może się pojawić w rezultacie skażenia środowiska zasolonymi odpadami przemysłowymi [Kaszubkiewicz, Chodak 1999]. Podczas procesu górniczej eksploatacji rud miedzi konieczne jest usuwanie z kopalni dużych ilości wód dołowych [Milićević i in. 2013].
Awaria rurociągu transportującego wody technologiczne z kopalni skutkuje zasoleniem gleb [Kaszubkiewicz i in. 2010].
* Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska , Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
OBIEKT I METODY BADAŃ
Badania przeprowadzono po awarii, do której doszło w dniu 5 czerwca 2012 roku pomiędzy miejscowościami Żuków i Bieńków w powiecie polkowickim, w województwie dolnośląskim. W wyniku pęknięcia podziemnego rurociągu wód nadosadowych o średnicy 700 mm, wydostały się zasolone wody w ilości ok. 600 m3. Zalaniu uległy grunty w użytkowaniu leśnym należące do Nadle- śnictwa Głogów. Powierzchnię zalanego obszaru oceniono w trakcie badań terenowych na około 28 000 m2. Obszar zalany obejmował fragmenty działek o numerach 169/193; 168/194; 155/202; 207.
Mapa 1. Lokalizacja rejonu awarii Map 1. Location area of failure
Badania terenowe przeprowadzono w dwóch etapach. W ramach etapu I w dniu 10.04.2012r. wykonano: wizję terenu, określono granie terenu zalanego wodami kopalnianymi, wykonano 2 odkrywki glebowe (nr 1 i 2) na działkach o numerach 155/202 i 207, opisano odsłonięte profile glebowe i z wydzielonych poziomów genetycznych pobrano próbki do analiz. Położenie odkrywek, okre- ślano za pomocą techniki GPS.
W celu weryfikacji zasolenia gleb w dniu 17.04.2013r. przeprowadzono etap II. Lokalizacja wykonanych 2 odkrywek glebowych (nr 1’ i 2’) oraz zakres prac były takie same jak w etapie I. Lokalizację odkrywek glebowych, miejsca awa- rii oraz zasięg obszaru zalanego przedstawiono na mapach nr 1 i 2.
Miejsce awarii
Mapa 2. Zasięg obszaru zalanego oraz lokalizacja wykonanych odkrywek glebowych Map 2. Coverage flooded area and location of soil opencasts
Pobrane w trakcie badań terenowych próbki gleby wysuszono w warunkach temperatury pokojowej, a następnie przesiano przez sita o średnicy oczek 20 mm, 2 mm i 1 mm w celu określenia udziału części szkieletowych w kładzie granulometrycznym.
W przygotowanym materiale glebowym wykonano następujące analizy:
− odczyn gleby: pH w wodzie i w 1M KCl – metodą potencjometryczną,
− przewodnictwo właściwe (zasolenie) konduktometrycznie - zgodnie z normą ISO 11265
− skład kompleksu sorpcyjnego gleby metodą Pallmana
− kwasowość hydrolityczną gleby metodą Kappena
W oparciu o wyniki badań laboratoryjnych obliczono następujące wskaźniki charakteryzujące stan zasolenia poszczególnych poziomów glebowych.
− pojemność sorpcyjna gleby wobec kationów o charakterze zasadowym
+ + +
+
+ + +
= Ca Mg Na K
S
2 2Miejsce wykonania odkrywki nr 2 (działka nr 207)
Miejsce wykonania odkrywki nr 1 (działka nr 155/202)
gdzie Ca2+, Mg2+, Na+, K+ oznaczają zawartości poszczególnych kationów w kompleksie sorpcyjnym wyrażone w cmol+·kg-1 gleby,
− Kh - kwasowość hydrolityczną wyrażoną w w cmol+·kg-1 gleby,
− stopień wysycenia gleby kationami o charakterze zasadowym T
V =100S
WYNIKI
Skład wód nadosadowych transportowanych rurociągiem przedstawiono w tabeli nr 1.
Tab. 1. Skład wód nadosadowych transportowanych rurociągiem Tab. 1. Composition of wastewater transported by pipeline
Lp. Oznaczenie Zawartość Lp. Oznaczenie Zawartość Jedn.
1 pH 7,4 13 Ch <0,005
mg·dm-3
2 Żelazo og. 0,085 14 Ag <0,002
3 Azot amonowy <2,0 15 V <0,001
4 Azot azotynowy 0,55 16 Cu 0,052
5 Azot azotanowy 13,4 17 Zn <0,010
6 Azot Kiejdahla 2,0 18 Pb <0,005
7 Azot ogólny 16,0 19 Na 9100
8 ChZT 63,0 20 K 125
9 BZT5 4,6 21 Indeks fenolowy 0,005
10 Fosfor ogólny <0,1 22 Zawiesina łatwo
opadająca <0,1
11 Ni 0,126 23 Chlorki 14260
12 As 0,01 24 Siarczany 2972
Pod względem składu granulometrycznego badana gleba odsłonięta w profi- lu nr 1 i 1’; wytworzona była z piasku gliniastego lekkiego na piasku słabogli- niastym, natomiast gleba odsłonięta w odkrywce nr 2 i 2’ w całości wytworzona była z piasku słabo gliniastego (tab.2).
Badane poziomy mineralne gleby nr 1 charakteryzowały się wartościami pH (w 1 M KCl) w granicach pH 4,4 w poziomach Eet i C oraz 4,5 w poziomach A i Bt. Pod względem odczynu wszystkie poziomy profilu nr 1 należy uznać za silnie kwaśne (tabela 2). W profilu nr 2 wartości pH mieściły się w granicach od
3,6 w poziomie A do 4,3 w poziomie C1. Pod względem odczynu wszystkie poziomy profilu nr 2 również należy uznać za silnie kwaśne (tabela 2). Wartości odczynu w zasadzie nie odbiegają od spotykanych w większości gleb leśnych szczególnie borów iglastych.
Badane poziomy mineralne gleby nr 1’ charakteryzowały się wartościami pH (w 1 M KCl) w granicach od pH 4,9 w poziomie Bt do pH 6,3 w górnej części poziomu A. Pod względem odczynu wszystkie poziomy profilu nr 1’
należy uznać za kwaśne lub lekko kwaśne (tabela 2). W profilu tym obserwo- walny jest wzrost pH w stosunku do wyników z roku 2012. W profilu nr 2’
wartości pH mieściły się w granicach od 3,8 w poziomie A do 5,3 w poziomie C1. Pod względem odczynu wszystkie poziomy profilu nr 2’ również należy uznać za kwaśne lub bardzo kwaśne.
Ryc. 1.Zasolenie gleb na terenach objętych zalaniem wodami nadosadowymi Fig.1. Salinity of soils in the areas covered by the wastewaters flood
Wartości pH w tym profilu w zasadzie nie zmieniły się w stosunku do wyni- ków z roku 2012 i nie odbiegają od spotykanych w większości gleb leśnych szczególnie borów iglastych.
Wartości zasolenia badanej gleby nr 1 są podwyższone we wszystkich po- ziomach genetycznych i mieszczą się w granicach od 1080 mg·kg-1 w poziomie Bt do 1755 w poziomie Eet. W 3 poziomach: A, Eet i C zasolenie przekracza wartość 1200 mg·kg-1 będącą progiem reakcji najbardziej wrażliwych roślin [Sitarski, 2008]. Natomiast w żadnym z poziomów nie stwierdzono przekrocze- nia wartości 2400 mg·kg-1 będącej progiem reakcji większości roślin.
Nr odkrywki/poziom zasolenie [mg·kg-1]
W poziomach genetycznych profilu nr 2 znacznie bardziej odległego od miejsca awarii stwierdzono zasolenie wyższe niż w poziomach genetycznych profilu nr 1. Wynosiło ono od 1485 mg·kg-1 w poziomach A i C2 do 2025 mg·kg-1 w poziomie Bv. We wszystkich 4 poziomach tego profilu zasolenie przekracza wartość 1200 mg·kg-1 będącą progiem reakcji najbardziej wrażli- wych roślin [Sitarski, 2008]. Natomiast tutaj również nie stwierdzono przekro- czenia progu 2400 mg·kg-1.
Taki układ zasolenia może wskazywać na zróżnicowane, określone przez mikrorelief, wsiąkanie słonych wód kopalnianych w glebę, w różnych miej- scach zalanego obszaru. Jednocześnie widoczny jest intensywny proces prze- mywania soli w głąb profili glebowych zachodzący w sprzyjających warunkach gleb o wysokiej przepuszczalności wodnej.
Wartości zasolenia badanej gleby nr 1’ mieściły się w granicach od 283,5 mg·kg-1 w poziomie A do 945 mg·kg-1 w poziomie C. Wyraźnie widoczny jest wzrost zasolenia wraz z głębokością. W stosunku do danych z roku 2012 nastą- pił spadek średniego zasolenia w tym profilu o ok. 55%. W żadnym poziomie zasolenie nie przekracza już wartości 1200 mg·kg-1.
W poziomach genetycznych profilu nr 2’ zasolenie mieściło się w granicach od 148,5 mg·kg-1 w poziomie Bv do 958 mg· kg-1 w poziomie C1. W stosunku do danych z roku 2012 nastąpił spadek średniego zasolenia w tym profilu o ok.
78%. W żadnym poziomie zasolenie obecnie nie przekracza już wartości 1200 mg·kg-1 podczas gdy w roku 2012 przekraczało tę wartość we wszystkich 4 badanych poziomach genetycznych.
Widoczny jest intensywny proces odsalania gleb zachodzący w sprzyjają- cych warunkach gleb o wysokiej przepuszczalności wodnej, który już obecnie doprowadził do spadku zasolenia do poziomów tolerowanych przez wszystkie rośliny.
Pojemność sorpcyjna wobec kationów o charakterze zasadowym (S) w po- ziomach mineralnych badanej gleby nr 1 wynosiła od 5,5 cmol+·kg-1 w pozio- mie Bt do 7,9 cmol+·kg-1 w poziomie A (tabela 2).
Kwasowość hydrolityczna wynosiła od 0,6 cmol+·kg-1 w poziomie Bt do 2,1 cmol+· kg-1 w poziomie A. Stopień wysycenia kationami o charakterze zasado- wym był stosunkowo wysoki (pomimo kwaśnego odczynu) i wynosił od 79% w poziomie A do 90,1% w poziomie Bt (tabela 2).
Pojemność sorpcyjna wobec kationów o charakterze zasadowym (S) w po- ziomach mineralnych badanej gleby nr 2 wynosiła od 6,3 cmol+·kg-1 w pozio- mie C2 do 13,0 cmol+·kg-1 w poziomie A (tabela 2).
Kwasowość hydrolityczna wynosiła od 0,90 cmol+·kg-1 w poziomie C2 do 7,1 cmol+·kg-1 w poziomie A. Stopień wysycenia kationami o charakterze zasa- dowym był również stosunkowo wysoki (pomimo kwaśnego odczynu) i wyno- sił od 64,6% w poziomie A do 87,5% w poziomie C2 (tabela 2).
Podsumowując właściwości sorpcyjne badanych gleb można stwierdzić, że w profilu 1 i 2 występuje naruszenie równowagi w KS świadczące o oddziały- waniu słonych wód.
Tab. 1. Wybrane właściwości fizykochemiczne gleb z rejonu awarii Tab. 1. Selected physico-chemical properties of soil from failure area
Data pobrania Numer odkrywki Poziom [cm] Głębokość [cm] Definicja próbki Zasolenie [mg·kg-1 ] Kh [cmol+ ·kg-1 ]
pH
S [cmol+ ·kg-1 ] V [%]
H2O KCl
1 2 3 4 5 6 7 8 9 14 15
10.06.2012
1
A 0-30 pgl 1350 2,1 5,3 4,5 7,9 79,0
Bv 30-65 ps 1755 0,9 5,0 4,4 5,9 86,8
C1 65-90 ps 1080 0,6 5,2 4,5 5,5 90,1
C2 >90 ps 1350 0,9 5,0 4,4 5,8 86,6
17.06.2013
1’
A 0-53 pgl 283,5 1,1 7,2 6,3 4,5 80,9
Bv 53-96 ps 297,0 0,7 6,4 5,5 2,4 77,6
C1 96-114 ps 796,5 1,2 5,8 4,9 4,0 76,7
C2 >114 ps 945,0 0,6 6,8 5,9 3,9 86,8
10.06.2012
2
A 0-27 ps 1485 7,1 4,2 3,6 13,0 64,6
Bv 27-50 ps 2025 2,6 4,5 4,2 7,9 75,8
C1 50-80 ps 1620 1,5 4,6 4,3 6,5 81,2
C2 >80 ps 1485 0,9 4,7 4,2 6,3 87,5
17.04.2013
2’
A 7-24 ps 175,5 4,1 4,4 3,8 3,3 44,6
Bv 24-55 ps 148,5 2,1 4,5 4,1 2,9 57,6
C1 55-80 psp 958,5 1,5 6,1 5,3 24,7 94,3
C2 >80 ps 148,5 0,8 5,3 4,5 2,8 77,1
Pojemność sorpcyjna wobec kationów o charakterze zasadowym (S) w po- ziomach mineralnych badanej gleby nr 1’ wynosiła od 2,4 cmol+·kg-1 w pozio- mie Eet do 4,5 cmol+·kg-1 w poziomie A (tabela 2).
Kwasowość hydrolityczna wynosiła od 0,6 cmol+·kg-1 w poziomie C do 1,1 cmol+·kg-1 w dolnej części poziomu A. Stopień wysycenia kationami o charak- terze zasadowym był stosunkowo wysoki i wynosił od 76% w poziomie Bt do 86,8% w poziomie C (tabela 2).
Pojemność sorpcyjna wobec kationów o charakterze zasadowym (S) w po- ziomach mineralnych badanej gleby nr 2’ wynosiła od 2,8 cmol+·kg-1 w pozio- mie C2 do 24,7 cmol+·kg-1 w poziomie C1 (tabela 2).
Kwasowość hydrolityczna wynosiła od 0,8 cmol+·kg-1 w poziomie C2 do 4,1 cmol+·kg-1 w poziomie A. Stopień wysycenia kationami o charakterze zasa- dowym był zróżnicowany i wynosił od 44,6% w poziomie A do 94,3% w po- ziomie C1 (tabela 2).
Podsumowując właściwości sorpcyjne badanych gleb można stwierdzić, że symptomy naruszenia równowagi w kompleksie sorpcyjnym utrzymują się je- dynie w profilu 1’.
WNIOSKI
Ze względu na lekki skład granulometryczny gleb w rejonie awarii w obu badanych profilach postępuje wyraźny proces samorzutnego odsalania gleb.
W żadnym z przebadanych w 2013 roku poziomów genetycznych zasolenie nie przekracza wartości 1200 mg·kg-1 będącej progiem reakcji roślin szczegól- nie wrażliwych.
W obu profilach badanych w roku 2012 i ponownie w czerwcu 2013 doszło do znaczącej redukcji zasolenia (o około 66%).
Skład granulometryczny ma istotny wpływ na odsalanie gleby. Rok po awa- rii w profilu nr 1’, który jest wytworzony z piasku gliniastego lekkiego na pia- sku słabogliniastym, nastąpił wyraźny spadek zasolenia (o ok 80%) w poziomie A i Eet. Nastąpiło wmycie soli w głąb profilu glebowego. W profilu 2’ najwięk- sze zasolenie utrzymuje się w poziomie C1. Spowodowane jest to wystąpieniem piasku słabo gliniastego pylastego. W pozostałych poziomach wytworzonych z piasku słabogliniastego nastąpił spadek zasolenia o ok 90%.
LITERATURA
1. HERRERO J., PE´REZ-COVETA O.; 2005. Soil salinity changes over 24 years in a Mediterranean irrigated district. Geoderma 125, 287-308.
2. KASZUBKIEWICZ J., ANGEŁOW Z., KAWAŁKO D., JEZIERSKI P.;
2010. Conditions of desalinization process of soils flooded with copper min- ing wastewater. Polish J. of Environ. Stud. Vol. 19, No 4; 739-747.
3. KASZUBKIEWICZ J., CHODAK T.; 1999. Przebieg zmian właściwości chemicznych gleb zalanych wodami technologicznymi z kopalni rud miedzi.
Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu, Rolnictwo, LXXIV, Nr 367, 93-108.
4. MILIĆEVIĆ S., MILOŠEVIĆ V., VLAHOVIĆ M., MARTINOVIĆ S., POVRENOVIĆ D.; 2013. Concentration method for the mining wastewater – valorization of the copper. Reporting for sustainability 2013, 431-435.
5. SHAMIM A. H. , AKAE T.: 2009. Desalinization of Saline Soils Aimed at Environmentally Sustainable Agriculture: A New Thought. Journal of Amer- ican Science; 5(5):197-198.
6. SHANNON M.C., GRIEVE C.M
.;
1999. Tolerance of vegetable crops to salinity. Scientia Horticulturae 78: 5-387. SITARSKI M.; 2008. Charakterystyka warunków glebowych i szaty roślinnej w wybranych osiedlach mieszkaniowych Warszawy. Człowiek i Środowisko 32 (1-2), 19-41.
8. ZHOU D., ZHULU L., LIMING L.; 2012. Regional land salinization as- sessment and simulation through cellular automaton-Markov modeling and spatial pattern analysis. Science of the Total Environment 439, 260-274.
PROCEEDINGS OF SALINITY CHANGES IN SOILS FLOODED WASTEWATERS FROM RESERVOIR
FLOTATION WASTE “IRON BRIDGE"
S u m m a r y
The paper presents results of research on soils flooded salinity wastewaters as a result of failure of underground pipeline between the villages Żuków and Bieńków. As a result of flooding increased the salinity of soils. In order to determine the progress of desalination research was carried out again year after the accident.
Key words: soil salinity, wastewater, copper mine
